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문제 정의
- 폴리싱 공정에서의 작업 강도를 줄이기 위해 본 논문에서는 자동차 외관 품목인 도어필러의 폴리싱 공정에 대한 자동화를 진행하였으며, 개발된 자동 폴리싱 장비는 광택면에 대한 도장불량위치를 비전시스템으로 인식하여 찾고, 불량 위치에 대한 폴리싱 작업을 수행하도록 모션시스템의 경로제어를 수행하는 시스템을 개발하였다. 즉 비전시스템과 모션 시스템을 이용하여 작업자에게 가장 작업 강도가 큰 폴리싱 작업에 대한 자동화 시스템을 개발하였다.
제안 방법
- 도장면의 불량을 제거하고 제품의 광택을 내기 위한 폴리싱 작업의 최적화를 위해 5kgf스프링 장력을 이용하여 도어필러의 곡면형상에 따라 패드마찰면이 밀착시키고, 고속 왕복하는 직선 운동과 작업구역내에 대한 마무리 작업을 위해 반경 8mm의 원운동으로 작업을 진행하였다.최적의 광택은 5초 동안의 직선운동,5회의 원 운동으로 작업을 진행할 때 얻을 수 있었다.
- 제어 프로그램은 영상 처리를 통한 위치산출, 좌표변환, 모션제어를 담당하며, 이에 대한 정보를 작업자에게 제공될 수 있도록 하였다. 또한 11가지 색상에 대한 검사 환경의 설정이 저장되어 작업자가 색상 선정만으로 작업 전환이 가능하도록 하였으며, 일일 단위의 생산계획과 생산수량을 확인할 수 있도록 구성하였다.
- 13과 같이 직선으로 왕복 운동(①)을 하였으며, 도장면의 광택을 위해 작업 위치를 중심으로 일정 거리의 원형 궤적(②)으로 이동하였다. 또한 마지막으로 제품의 전면 광택을 위해 외곽 경로(③) 를 이송하며 폴리싱 작업이 이루어지도록 경로를 구성하였다.
- 또한 자동폴리싱 장비를 통해 작업된 제품에 대해서는 작업자가 육안검사를 통해 작업의 품질을 확인하고,불량 시 반송할 수 있도록 하여 품질관리가 가능하도록 구성하였다.
- 또한, 공정에 적용되는 3개의 차종에 대해 제품지그를 공용으로 사용될 수 있도록 설계하였으며, 반송시스템 상에서 제품이 공급된 지 그가 순차적으로 공정을 이송하면서 작업이 이루어지도록 하였다 [Fig.6].
- 모션 시스템은 폴리싱 작업 위치로 폴리싱 공구를 이동하여 작업을 진행하도록 하였다. 폴리싱 작업을 위해 2축 직교로봇을 이용하여 평면 좌표를 구성하고,공압 실린더로 Z축을 구성하였으며, 작업공구는 공압실린더에 부착하였다.
- 사출물도 장 후광택면에 발생하는 도장불량의 정도에 따라 샌딩 작업의 정도 차가 발생하여 이에 대한 작업은 작업자가 육안 확인 후 샌딩 작업과 광택제 도포작업을 선 진행하도록 하였다.
- 자동차의 외관 제품으로 도장되는 색상은 12종류가 되며, 이에 따라 빛의 반사정도가 상이하여 각각의 영상 취득을 위해 각각의 제품 도장면에서 고른 조명 조건으로 설정하는 것과 영상에는 조명반사로 인한 영향이 나타나지 않는 것이 중요하다. 이를 위해 4면에서 빛을 조사하는 사각 조명을 사용하여 반사를 최소화하는 높이를 조정하고,0～255단계의 조명 밝기가 설정이 가능한 LED조명을 이용하여 색상별로 조명 조건을 설정하도록 하였다.
- 자동차 외관 품목인 도어필러 제품의 도장 후 발생하는 불량 항목을 제거하기 위해 폴리싱 작업 요구되어지고 있으나, 작업자들에게 큰 작업 부담으로 주어지고 있다. 이를 위해 비전-모션 시스템을 이용하여 공급된 도장 제품의 작업 위치를 추적하고 작업공구를 이동하여 폴리싱 공정을 자동화할 수 있는 자동 폴리싱 시스템을 개발하였다.
- 자동 폴리싱 시스템은 제품을 이송하는 반송시스템, 도장불량 위치를 판별하는 비전시스템과 판별된 위치 값을 기준으로 하여 광택작업을 수행하는 모션시스템, 그리고 폴리싱 작업 후 발생하는 열을 냉각시키는 냉각시스템으로 구성하여 설계하였다 [Fig.3].
- 제어 프로그램은 영상 처리를 통한 위치산출, 좌표변환, 모션제어를 담당하며, 이에 대한 정보를 작업자에게 제공될 수 있도록 하였다. 또한 11가지 색상에 대한 검사 환경의 설정이 저장되어 작업자가 색상 선정만으로 작업 전환이 가능하도록 하였으며, 일일 단위의 생산계획과 생산수량을 확인할 수 있도록 구성하였다.
- 제품의 영상 인식과 모션 제어에 의한 폴리싱 작업 위치에 대한 공간의 동일성을 유지하기 위해,공정 간 이송은 Fig.5와 같이 이송 컨베어와 리프트 장치로 구성된 반송시스템 상에서 제품이 안착되는지 그가 각 공정을 이송하도록 시스템을 설계하였다.
- 제품의 작업 위치에 대한 좌표일치를 위해 비전 위치 좌표를 모션 위치 좌표로 변환하는 과정이 필요하며 이를 위해 다음의 Fig.10에서 보는 바와 같이 지정된 위치의 4점에 대한 위치 값을 가지고 보정작업을 통해 두 좌표에 대한 좌표를 일치하도록 보상하였다.
- 폴리싱 공정에서의 작업 강도를 줄이기 위해 본 논문에서는 자동차 외관 품목인 도어필러의 폴리싱 공정에 대한 자동화를 진행하였으며, 개발된 자동 폴리싱 장비는 광택면에 대한 도장불량위치를 비전시스템으로 인식하여 찾고, 불량 위치에 대한 폴리싱 작업을 수행하도록 모션시스템의 경로제어를 수행하는 시스템을 개발하였다. 즉 비전시스템과 모션 시스템을 이용하여 작업자에게 가장 작업 강도가 큰 폴리싱 작업에 대한 자동화 시스템을 개발하였다.
- 폴리싱 공정의 기존 작업 공정은 작업자 육안검사를 통하여 발견된 불량 부분에 샌딩 작업으로 도장불량 요소를 제거한 후 그 위에 광택제를 도포하고, 이를 폴리싱 공압공구를 이용하여 폴리싱 작업으로 이루어진다. 폴리싱 공정의 자동화를 위해 도어 필러의 광택면에 대한 도장 불량위치를 비전시스템으로 인식하여 찾고,불량위치에 대한 폴리싱 작업을 수행하도록 모션시스템의 경로제어를 수행하는 공정으로 설계 하였다 [Fig.2].
- 폴리싱 작업 위치에 대한 판별은 Fig.8과 같이 구성된 비전시스템으로부터 얻어진 영상을 통해 도장면 상에 위치한 광택액을 구분하고, 이에 대한 위치 값을 얻도록 하였다.
- 모션 시스템은 폴리싱 작업 위치로 폴리싱 공구를 이동하여 작업을 진행하도록 하였다. 폴리싱 작업을 위해 2축 직교로봇을 이용하여 평면 좌표를 구성하고,공압 실린더로 Z축을 구성하였으며, 작업공구는 공압실린더에 부착하였다.Fig.
- 폴리싱 작업의 자동화를 위해 불량의 위치를 파악하고, 그 위치에서 폴리싱 작업이 수행되어져야 하기 때문에 전체적인 작업제어를 PC에서 수행하고,작업 위치를 파악하기 위한 비전시스템과 폴리싱 작업을 수행하는 모션시스템을 연동하도록 구성하였다 [Fig.4].
데이터처리
- 자동 폴리싱 공정을 구성하는 비전시스템과 모션시스템의 제어는 NI사의 LabVIEW SW를 이용하여 프로그램하였으며,Fig.14는 제어프로그램의 주 화면을 보여주고 있다.
이론/모형
- 취득된 영상으로부터 제품의 도장면과 광택제도 포형상을 분리하기 위해 thresholding기법을 사용하여 경계값 T를 기준으로 영상 데이터를 아래와 같이 변환하여 2진화된 새로운 영상을 취득하였다.
성능/효과
- 개발된 시스템을 이용하여 S사에서 작업하였던 기존의 시스템에서는 작업자에 의한 폴리싱 공정에서 30초의 작업시간이 소요되고 하루 총 960개의 제품을 생산하고 있었으나, 상기의 Fig.15에 사진으로 보는 본 연구로 개발된 자동 폴리싱 시스템을 활용할 때는 하나의 불량 위치당 20초의 작업시간이 소요되고 하루 1,440개의 제품을 생산할 수 있게 되었으며, 또한 2인의 작업자가 수행하던 업무량을 1인의 작업으로 하루 생산량을 충분히 감당할 수 있게 되어 생 산량 증가와 인건비 감소로 생산단가의 경쟁력을 높이는 개선효과를 기대하게 되었다.
후속연구
- 추후 폴리싱에 대한 작업시간 단축 등의 효과를 위해 폴리싱 궤적 등에 대한 연구가 요구되어진다.
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